JPS6182131A - 表面弾性波圧力センサ - Google Patents
表面弾性波圧力センサInfo
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- JPS6182131A JPS6182131A JP20508884A JP20508884A JPS6182131A JP S6182131 A JPS6182131 A JP S6182131A JP 20508884 A JP20508884 A JP 20508884A JP 20508884 A JP20508884 A JP 20508884A JP S6182131 A JPS6182131 A JP S6182131A
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- JP
- Japan
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- acoustic wave
- surface acoustic
- oscillation
- pressure
- pressure sensor
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
- G01L9/0025—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element with acoustic surface waves
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、表面弾性波素子（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔ
ａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いた表面弾性波圧力セ
ンサに関する。
ａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いた表面弾性波圧力セ
ンサに関する。
（ロ）従来技術
一般に、固体中を伝播する体積弾性波、表面弾性波は温
度、応力などにより変化することが知られている。この
性質を利用して圧力を検出するものに表面弾性波圧力セ
ンサがある。この種の表面弾性波圧力センサは、第４図
に示すように、周辺部の肉厚部１と中央部のダイヤフラ
ム部（肉薄部）２からなる基体３のダイヤフラム２上に
、櫛葉状の一対の電極からなる表面弾性波素子４が設け
られて構成されている。
度、応力などにより変化することが知られている。この
性質を利用して圧力を検出するものに表面弾性波圧力セ
ンサがある。この種の表面弾性波圧力センサは、第４図
に示すように、周辺部の肉厚部１と中央部のダイヤフラ
ム部（肉薄部）２からなる基体３のダイヤフラム２上に
、櫛葉状の一対の電極からなる表面弾性波素子４が設け
られて構成されている。
この表面弾性波圧力センサでは、ダイヤフラム部２に、
圧力を受けると、その表面応力が変化し、音速が変化す
ると同時に、表面弾性波素子４の電極間隔も変化し、そ
の結果、共振周波数（又は発振周波数）が変化する。し
たがって、この共振周波数の変化より、圧力を検出する
ことができるものである。
圧力を受けると、その表面応力が変化し、音速が変化す
ると同時に、表面弾性波素子４の電極間隔も変化し、そ
の結果、共振周波数（又は発振周波数）が変化する。し
たがって、この共振周波数の変化より、圧力を検出する
ことができるものである。
従来の表面弾性波圧力センサでは、第５図に示すように
、基体３のダイヤフラム２上に１個の表面弾性波素子４
を設けるものであるが、この表面弾性波圧力センサは、
周囲温度の変化によって太き（影響を受ける（例えば安
定なもので５ＰＰＭ／℃、ラフなもので３０〜４０ Ｐ
ＰＭ／”Ｃ）という欠点があり、高精度の圧力センサ
を実現することができなかった。そこでこの温度による
影響を補正するために、第６図に示すようにダイヤフラ
ム２上に２個の表面弾性波素子４ａ、４ｂを設け、これ
ら両表面弾性波素子４ａ、４ｂの周波数のビート周波数
の変化により圧力を検出するようにしたものが出現して
いる。しかし、この表面弾性波圧力センサでも十分に補
正しきれないという問題があった。
、基体３のダイヤフラム２上に１個の表面弾性波素子４
を設けるものであるが、この表面弾性波圧力センサは、
周囲温度の変化によって太き（影響を受ける（例えば安
定なもので５ＰＰＭ／℃、ラフなもので３０〜４０ Ｐ
ＰＭ／”Ｃ）という欠点があり、高精度の圧力センサ
を実現することができなかった。そこでこの温度による
影響を補正するために、第６図に示すようにダイヤフラ
ム２上に２個の表面弾性波素子４ａ、４ｂを設け、これ
ら両表面弾性波素子４ａ、４ｂの周波数のビート周波数
の変化により圧力を検出するようにしたものが出現して
いる。しかし、この表面弾性波圧力センサでも十分に補
正しきれないという問題があった。
（ハ）目的
この発明の目的は、上記に鑑み、周囲温度変化の影響を
受けず、安定した圧力検出を可能にする表面弾性波圧力
センサを提供することである。
受けず、安定した圧力検出を可能にする表面弾性波圧力
センサを提供することである。
（ニ）構成
上記目的を達成するために、この発明の表面弾性波圧力
センサは、圧力に受応しない肉厚部と、圧力に受応する
肉薄部を有する基体上に、第１、第２及び第３の３個の
表面弾性波素子を並設し、これら３個の表面弾性波素子
のうち、第１の表面弾性波素子及び若しくは第２の表面
弾性波素子を前記肉薄部上に、第３の表面弾性波素子は
前記肉厚部上に形成するとともに、前記第１、第２、第
３の表面弾性波素子と、これらに個別に接続される３個
の発振器とでそれぞれ第１、第２及び第３の発振部を形
成し、前記肉薄部に圧力が入力されない時の第１と第２
の発振部の発振周波数を、その差の周波数が第１の発振
部の発振周波数の５万分の１以上、２０分の１以下とな
るように選定し、第３の発振部の発振周波数を十数メガ
ヘルツ（ＭＨｚ）以下に選定されている。
センサは、圧力に受応しない肉厚部と、圧力に受応する
肉薄部を有する基体上に、第１、第２及び第３の３個の
表面弾性波素子を並設し、これら３個の表面弾性波素子
のうち、第１の表面弾性波素子及び若しくは第２の表面
弾性波素子を前記肉薄部上に、第３の表面弾性波素子は
前記肉厚部上に形成するとともに、前記第１、第２、第
３の表面弾性波素子と、これらに個別に接続される３個
の発振器とでそれぞれ第１、第２及び第３の発振部を形
成し、前記肉薄部に圧力が入力されない時の第１と第２
の発振部の発振周波数を、その差の周波数が第１の発振
部の発振周波数の５万分の１以上、２０分の１以下とな
るように選定し、第３の発振部の発振周波数を十数メガ
ヘルツ（ＭＨｚ）以下に選定されている。
（ホ）実施例
以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に説明する。
第１図は、この発明の１実施例を示す表面弾性波圧力セ
ン、すの構成図である。この実施例表面弾性波圧力セン
サは、基体１３が、肉厚部１１とダイヤフラム部１２と
から構成されており、この点第４図に示したものと変わ
りがない。
ン、すの構成図である。この実施例表面弾性波圧力セン
サは、基体１３が、肉厚部１１とダイヤフラム部１２と
から構成されており、この点第４図に示したものと変わ
りがない。
基体１３上に、３個の表面弾性波素子１４ａ。
１４ｂ、１４ｃが設けられている。そのうち表面弾性波
素子１４ａは、肉薄のダイヤプラム部１２上の中心に設
けられている。また、表面弾性波素子１４ｂは、肉厚部
１１と接するダイヤフラム部１２上に、さらに表面弾性
波素子１４ｃは、肉厚部１１上に１．それぞれ形成され
ている。そして、各表面弾性波素子１４ａ、１４ｂ、１
４ｃは、発振器１５ａ、１５ｂ、１５Ｃに個別に接続さ
れて、第１の発振部１６ａ、第２の発振部１６ｂ、第３
の発振部１６ｃをそれぞれ形成している。
素子１４ａは、肉薄のダイヤプラム部１２上の中心に設
けられている。また、表面弾性波素子１４ｂは、肉厚部
１１と接するダイヤフラム部１２上に、さらに表面弾性
波素子１４ｃは、肉厚部１１上に１．それぞれ形成され
ている。そして、各表面弾性波素子１４ａ、１４ｂ、１
４ｃは、発振器１５ａ、１５ｂ、１５Ｃに個別に接続さ
れて、第１の発振部１６ａ、第２の発振部１６ｂ、第３
の発振部１６ｃをそれぞれ形成している。
圧力が入力されない時の第１１第２及び第３の発振部１
６ａ、１６ｂ、１６ｃの各発振周波数をｆ、、ｆ２、ｆ
３とすると、第１と第２の発振周波数ｆ１、ｆ２ｔｖ差
は、ｆ ｌ１５００００以上、ｆ。
６ａ、１６ｂ、１６ｃの各発振周波数をｆ、、ｆ２、ｆ
３とすると、第１と第２の発振周波数ｆ１、ｆ２ｔｖ差
は、ｆ ｌ１５００００以上、ｆ。
７２０以下に選定され、また第３の発振部１６ｃの発振
周波数ｆ、は十数ＭＨ２以下に選定されている。
周波数ｆ、は十数ＭＨ２以下に選定されている。
実際値としては、例えばｆ＋＝ １００ＭＨ２，ｆ ｚ
＝ ９８ＭＨ２，ｆ 、＝ １０ＭＨｚに選定される。
＝ ９８ＭＨ２，ｆ 、＝ １０ＭＨｚに選定される。
第１、第２の発振部１６ａ、１６ｂの発振周波数は、肉
薄部１２上に表面弾性波素子１４ａ、１４ｂが形成され
ているので圧力に応じて変化する。
薄部１２上に表面弾性波素子１４ａ、１４ｂが形成され
ているので圧力に応じて変化する。
第３の発振部１６ｃの発振周波数ｆ３は温度によって変
化するが、圧力には応答しない。この発振周波数ｒ、は
十数ＭＨ２以下の値で、直接デジタル処理が可能であり
、発振部１６ｃの出力はカウンタ１９に入力され、周波
数ｒ３に応じたデータを計数するようになっており、こ
れにより温度検出がなされる。
化するが、圧力には応答しない。この発振周波数ｒ、は
十数ＭＨ２以下の値で、直接デジタル処理が可能であり
、発振部１６ｃの出力はカウンタ１９に入力され、周波
数ｒ３に応じたデータを計数するようになっており、こ
れにより温度検出がなされる。
発振部１６ａと発振部１６ｂの出力は、ＡＣ（交ｆＪｔ
） （７）ミキシング回路１７に入力されており、また
、ミキシング回路１７の出力はデジタル演算回路１８に
加えられている。ミキシング回路１７は、人力された２
信号の周波数の和の周波数成分、差の周波数成分を含む
信号を出力するが、ここではフィルタ回路を備え、差の
周波数成分を出力するようになっている。したがって、
ミキシング回路１７からＦ、−Ｆ、の周波数の信号が出
力される。
） （７）ミキシング回路１７に入力されており、また
、ミキシング回路１７の出力はデジタル演算回路１８に
加えられている。ミキシング回路１７は、人力された２
信号の周波数の和の周波数成分、差の周波数成分を含む
信号を出力するが、ここではフィルタ回路を備え、差の
周波数成分を出力するようになっている。したがって、
ミキシング回路１７からＦ、−Ｆ、の周波数の信号が出
力される。
この実施例表面弾性波圧力センサにおいて、ある圧力が
加えられたとすると、第１の表面弾性波素子１４ａにそ
の圧力が加わり、これにより発振部１６ａの発振周波数
Ｆ１がΔｆ１増加し、第２の表面弾性波素子１４ｂに逆
心力が加わり、その発振周波数Ｆ２がΔｆ２減少する。
加えられたとすると、第１の表面弾性波素子１４ａにそ
の圧力が加わり、これにより発振部１６ａの発振周波数
Ｆ１がΔｆ１増加し、第２の表面弾性波素子１４ｂに逆
心力が加わり、その発振周波数Ｆ２がΔｆ２減少する。
すなわち、Ｆ、＝ｆ、＋Δｆ１、 Ｆ２冨ｆ２−Δｆ２
となる。
となる。
ミキシング回路１７の出力は周波数Ｆ、と周波数Ｆ２の
差の信号であるから、 Ｆｔ Ｆｔ＝ｆ＋−ｆｚ＋Δｆ、＋Δｒ２となる。こ
の出力信号は周波数が十数ＭＨ２以下であり、デジタル
演算回路１８で、Δｆ１＋Δｆ２に応じた出力、すなわ
ち圧力を検出できる。
差の信号であるから、 Ｆｔ Ｆｔ＝ｆ＋−ｆｚ＋Δｆ、＋Δｒ２となる。こ
の出力信号は周波数が十数ＭＨ２以下であり、デジタル
演算回路１８で、Δｆ１＋Δｆ２に応じた出力、すなわ
ち圧力を検出できる。
なお、カウンタ１９で温度を検出するので、この温度デ
ータにより温度補正を行うことができる。
ータにより温度補正を行うことができる。
Δｆ１、Δｆ２は周波数ｆ１に対して、最高０゜１％で
あり、上記例でｆ ｒ＝ １００ＭＨ２とすると、Δｆ
１、Δｆｚは１００ＫＨ２以下となる。上記例でｆｚ＝
９８ＭＨ２としているので、ｆ、−ｆ、＝２ ＭＨ２で
あり、いかなる圧力でもＦＩ Ｆｚの極性が反転しな
いようになっている。
あり、上記例でｆ ｒ＝ １００ＭＨ２とすると、Δｆ
１、Δｆｚは１００ＫＨ２以下となる。上記例でｆｚ＝
９８ＭＨ２としているので、ｆ、−ｆ、＝２ ＭＨ２で
あり、いかなる圧力でもＦＩ Ｆｚの極性が反転しな
いようになっている。
また各発振部１６ａ、１６ｂ、１６ｃの発振周波数Ｆ＋
、Ｆｘ、Ｆ、は周囲温度により変化しＦｌ （Ｔ）−ｆ
、（１＋α１Ｔ＋α２Ｔ２＋α３Ｔ３・・・） Ｆｚ （Ｔ）＝ｆｚ （１＋α１Ｔ＋α２Ｔ２＋α３Ｔ
’・・・） Ｆ３ （Ｔ） ＝ ｆ ｚ （１＋α、ＴＩα２Ｔ２＋
α、ＴＩ・・・） で表せるが、上記のようにｆｌとｆ２の差が比較的小さ
いので、ＦＩ Ｆｔの温度変化が小さい。
、Ｆｘ、Ｆ、は周囲温度により変化しＦｌ （Ｔ）−ｆ
、（１＋α１Ｔ＋α２Ｔ２＋α３Ｔ３・・・） Ｆｚ （Ｔ）＝ｆｚ （１＋α１Ｔ＋α２Ｔ２＋α３Ｔ
’・・・） Ｆ３ （Ｔ） ＝ ｆ ｚ （１＋α、ＴＩα２Ｔ２＋
α、ＴＩ・・・） で表せるが、上記のようにｆｌとｆ２の差が比較的小さ
いので、ＦＩ Ｆｔの温度変化が小さい。
また、周波数Ｆ３により、温度の検出が容易になされ、
しかも周波数Ｆ、、Ｆ、を発生させている表面弾性波素
子との温度差が小さいので、温度による影響が抑えられ
る。
しかも周波数Ｆ、、Ｆ、を発生させている表面弾性波素
子との温度差が小さいので、温度による影響が抑えられ
る。
また上記実施例では第１、第２の表面弾性波素子１４ａ
、１４ｂをいずれもダイヤフラム１２上に形成している
が、第２図に示すように第２の表面弾性波素子１４ｂを
肉厚部ｌｌ上に形成してもよいし、第３図に示すように
第１の表面弾性波素子１４ａを肉厚部１１上に形成して
もよい。すなわち、第１の発振部あるいは第２の発振部
のいずれかの発振周波数が、圧力の変化によって変化し
ないように（ΔｆいΔｆ２のいずれかが０）してもよい
。
、１４ｂをいずれもダイヤフラム１２上に形成している
が、第２図に示すように第２の表面弾性波素子１４ｂを
肉厚部ｌｌ上に形成してもよいし、第３図に示すように
第１の表面弾性波素子１４ａを肉厚部１１上に形成して
もよい。すなわち、第１の発振部あるいは第２の発振部
のいずれかの発振周波数が、圧力の変化によって変化し
ないように（ΔｆいΔｆ２のいずれかが０）してもよい
。
（へ）効果
この発明の表面弾性波圧力センサによれば、第１と第２
の発振部の発振周波数の差、及び第３の発振部の発振周
波数の差がいずれも十数ＭＨ２以下なので、圧力検出、
温度検出とも信号処理が容易となる。また得られる圧力
信号のゼロ点は第１と第２の発振部の発振周波数の差が
小さいので、温度による変化も小さい。
の発振部の発振周波数の差、及び第３の発振部の発振周
波数の差がいずれも十数ＭＨ２以下なので、圧力検出、
温度検出とも信号処理が容易となる。また得られる圧力
信号のゼロ点は第１と第２の発振部の発振周波数の差が
小さいので、温度による変化も小さい。
その上、１つの基体すなわち１チツプ上に３つの表面弾
性波素子を形成するものであり、工程的に第１の表面弾
性波素子を作成するのと同時に第２、第３の表面弾性波
素子を作成できるので製作が容易となる。
性波素子を形成するものであり、工程的に第１の表面弾
性波素子を作成するのと同時に第２、第３の表面弾性波
素子を作成できるので製作が容易となる。
第１図は、この発明の１実施例を示す表面弾性波圧力セ
ンサの構成図、第２図、第３図はこの発明の実施に使用
される他の表面弾性波圧力センサの平面図、第４図は一
般的な表面弾性波圧力センサを示す斜視図、第５図、第
６図は従来の表面弾性波圧力センサを示す平面図である
。 １１：肉厚部、１２゛：ダイヤフラム（肉薄部）、１３
：基体、 １４ａ１４ｂ１４ｃ：表面弾性波素子 １
５ａ１５ｂ・１５ｃ：発振器 特許出願人 株式会社島津製作所代理人
弁理士 中 村 茂 信第１図 ＋５６ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
ンサの構成図、第２図、第３図はこの発明の実施に使用
される他の表面弾性波圧力センサの平面図、第４図は一
般的な表面弾性波圧力センサを示す斜視図、第５図、第
６図は従来の表面弾性波圧力センサを示す平面図である
。 １１：肉厚部、１２゛：ダイヤフラム（肉薄部）、１３
：基体、 １４ａ１４ｂ１４ｃ：表面弾性波素子 １
５ａ１５ｂ・１５ｃ：発振器 特許出願人 株式会社島津製作所代理人
弁理士 中 村 茂 信第１図 ＋５６ 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (1)
- （１）圧力に受応しない肉厚部と、圧力に受応する肉薄
部を有する基体上に、第１、第２及び第３の３個の表面
弾性波素子を並設し、これら３個の表面弾性波素子のう
ち、第１の表面弾性波素子及びもしくは第２の表面弾性
波素子を前記肉薄部上に、第３の表面弾性波素子を前記
肉厚部上に形成するとともに、前記第１、第２、第３の
表面弾性波素子と、これらに個別に接続される３個の発
振器とでそれぞれ第１、第２及び第３の発振部を形成し
、前記肉薄部に圧力が入力されない時の第１と第２の発
振部の発振周波数を、その差の周波数が第１の発振部の
発振周波数の５万分の１以上、２０分の１以下となるよ
うに選定し、第３の発振部の発振周波数を十数メガヘル
ツ以下に選定してなることを特徴とする表面弾性波圧力
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20508884A JPS6182131A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20508884A JPS6182131A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6182131A true JPS6182131A (ja) | 1986-04-25 |
Family
ID=16501225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20508884A Pending JPS6182131A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 表面弾性波圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6182131A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003078950A1 (de) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Fag Kugelfischer Ag & Co. Kg | Oberflächenwellensensor |
| JP2004209126A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Sony Corp | 生体情報連動システム |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20508884A patent/JPS6182131A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003078950A1 (de) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Fag Kugelfischer Ag & Co. Kg | Oberflächenwellensensor |
| US7109632B2 (en) | 2002-03-14 | 2006-09-19 | Fag Kugelfischer Ag | Surface wave sensor |
| CN100383553C (zh) * | 2002-03-14 | 2008-04-23 | 法格库格尔菲舍尔无限责任公司 | 表面波传感器 |
| JP2004209126A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Sony Corp | 生体情報連動システム |
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